ZmAE1蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用制造技术

本发明专利技术公开了ZmAE1蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用。本发明专利技术提供的ZmAE1基因经CRISPR

【技术实现步骤摘要】
ZmAE1蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用


[0001]本专利技术属于生物
，尤其涉及植物抗旱相关蛋白ZmAE1及其编码基因与应用。

技术介绍

[0002]我国一半以上玉米种植在西北、西南、华北和东北地区依靠自然降水的旱地上，水分流失快且降水变率也很大,严重影响玉米的生长。玉米是我国重要的粮食作物，其抗旱性研究对解决我国的玉米产量问题意义重大。我们旨在找到在玉米过表达株系中的干旱相关基因，研究其基因功能及信号转导途径。通过干旱相关基因的研究，对玉米进行改良，改善玉米的抗旱性，提高玉米的产量。
[0003]干旱可引起植物的渗透胁迫，植物体内的渗透压低于环境渗透压(如土壤溶液)，植物体不能吸水甚至失水。渗透胁迫有两条通路：依赖于ABA和不依赖于ABA的通路。当受到环境胁迫时，依赖于ABA通路中，产生ABA，PYL、PYR、RCAR是ABA受体，能与ABA结合。PP2C的蛋白磷酸酶的活性受抑制，使SnRK2具有激酶活性，可以磷酸化下游的转录因子等，从而调控下游逆境响应基因的表达，抑制气孔张开，调控ABA的敏感性，以及产生其他的响应。不依赖于ABA通路中，DREB2A被磷酸化，从而调控下游逆境响应基因表达。旱胁迫能够诱导植物体内产生脱落酸(ABA)，它能够及时的引导气孔关闭而减少植物体内水分的损失，同时它还能激活大量旱相关基因的表达从而造成植物的各种旱胁迫响应。ABA作为极其重要的植物激素，它在气孔关闭和逆境响应基因的表达等方面发挥着关键的作用。
[0004]淀粉是由D
‑
葡萄糖分子缩合而成的高分子多糖化合物。根据其分子结构特征可以分为直链淀粉和支链淀粉。淀粉作为玉米籽粒中含量最多的一种营养成分，在籽粒中含量约为70％～75％，因此对ZmAE1蛋白的研究非常重要。植物ZmAE1蛋白它们在非生物胁迫中的功能还不清楚，如何利用基因编辑或其他技术，对这类基因进行突变，研究它们的分子机制，并通过这类遗传改造从而提高植物对非生物逆境胁迫的耐受性还不清楚。

技术实现思路

[0005]本专利技术一个目的是提供一种蛋白质。
[0006]本专利技术提供的蛋白质名称为ZmAE1，是如下A1)、A2)或A3)的蛋白质：
[0007]A1)氨基酸序列是序列表中序列2所示的氨基酸序列的蛋白质；
[0008]A2)将序列表中序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与A1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且与植物抗旱性相关的蛋白质；
[0009]A3)在A1)或A2)的N末端或/和C末端连接蛋白标签得到的融合蛋白质。
[0010]上述蛋白质中，序列表中的序列2由799个氨基酸残基组成。
[0011]上述蛋白质中，同一性是指氨基酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如NCBI主页网站的BLAST网页。例如，可在高级
BLAST2.1中，通过使用blastp作为程序，将Expect值设置为10，将所有Filter设置为OFF，使用BLOSUM62作为Matrix，将Gap existence cost，Perresidue gap cost和Lambda ratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索一对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。
[0012]上述蛋白质中，所述80％以上的同一性可为至少81％、85％、90％、91％、92％、95％、96％、98％、99％或100％的同一性。
[0013]与ZmAE1相关的生物材料也属于本专利技术的保护范围。
[0014]本专利技术所提供的与蛋白质ZmAE1相关的生物材料，为下述B1)至B5)中的任一种：
[0015]B1)编码ZmAE1的核酸分子；
[0016]B2)含有B1)所述核酸分子的表达盒；
[0017]B3)含有B1)所述核酸分子的重组载体、或含有B1)所述表达盒的重组载体；
[0018]B4)含有B1)所述核酸分子的重组微生物、或含有B2)所述表达盒的重组微生物、或含有B3)所述重组载体的重组微生物；
[0019]B5)含有B1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有B2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有B3)所述重组载体的转基因植物细胞系。
[0020]其中，所述核酸分子可以是DNA，如cDNA、基因组DNA或重组DNA；所述核酸分子也可以是RNA，如mRNA或hnRNA等。
[0021]上述生物材料中，B1)所述核酸分子为如下b1)或b2)所示的基因：
[0022]b1)编码链的编码序列是序列表中序列1或序列3的核苷酸的cDNA分子或DNA分子；
[0023]b2)编码链的核苷酸是序列表中序列1或序列3的cDNA分子或DNA分子。
[0024]其中，序列表中的序列1由18605个核苷酸组成，T01转录本的读码框为序列1第1134位到第17765位核苷酸，CDS为序列表序列3，编码序列表中的序列2所示的蛋白质。
[0025]上述蛋白质或上述生物材料在调控植物抗旱性中的应用也是本专利技术保护的范围。
[0026]降低上述蛋白质活性或含量的物质在提高植物抗旱性或培育抗旱植物中的应用；或，抑制所述编码ZmAE1的核酸分子表达的物质在提高植物抗旱性或培育抗旱植物中的应用也是本专利技术保护的范围。
[0027]上述应用中，所述物质为CRISPR/Cas9系统；
[0028]所述CRISPR/Cas9系统包括如下1)或2)：
[0029]1)sgRNA，所述sgRNA为sgRNA1和sgRNA2；
[0030]所述sgRNA1的靶点为序列1第1356
‑
1374位；
[0031]所述sgRNA2的靶点为序列1第1826
‑
1844位；
[0032]2)表达所述sgRNA的CRISPR/Cas9载体。
[0033]ZmAE1基因的核苷酸序列如序列1所示，根据本专利技术公开的核苷酸序列，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸，得到影响ZmAE1蛋白功能的突变序列。具体地说，本专利技术的技术方案包括：利用网站设计ZmAE1基因的编辑靶点，根据靶点设计引物，通过PCR、酶切、连接等一系列过程，构建CRISPR/Cas9的载体，将载体转入农杆菌，用农杆菌侵染玉米幼胚的方式得到转化苗，用除草剂和PCR鉴定筛选阳性植株，提取突变体植株DNA进行测序，获得具有突变位点的突变体。突变体经自交繁种后进行旱处理实验。ZmAE1基因可进行编辑的靶点不止一个，经过编辑后的突变基因可能会产生一个或
多个核苷酸增加或缺失，导致蛋白部分缺失或提前终止，其中有些突变会影响蛋白质的生物学功能。表达无功能蛋白的突变体植株可能会产生响应干旱胁迫的表型，均属于本专利技术要求保护的范围。获得突变体后，检测ZmAE1突变体在干旱处理下的表型。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蛋白质，是如下A1)、A2)或A3)的蛋白质：A1)氨基酸序列是序列表中序列2所示的氨基酸序列的蛋白质；A2)将序列表中序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与A1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且与植物抗旱性相关的蛋白质；A3)在A1)或A2)的N末端或/和C末端连接蛋白标签得到的融合蛋白质。2.与权利要求1所述蛋白质相关的生物材料，为下述B1)至B5)中的任一种：B1)编码ZmAE1的核酸分子；B2)含有B1)所述核酸分子的表达盒；B3)含有B1)所述核酸分子的重组载体、或含有B1)所述表达盒的重组载体；B4)含有B1)所述核酸分子的重组微生物、或含有B2)所述表达盒的重组微生物、或含有B3)所述重组载体的重组微生物；B5)含有B1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有B2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有B3)所述重组载体的转基因植物细胞系。3.根据权利要求2所述的生物材料，其特征在于，B1)所述核酸分子为如下b1)或b2)所示的基因：b1)编码链的编码序列是序列表中序列1或序列3的核苷酸的cDNA分子或DNA分子；b2)编码链的核苷酸是序列表中序列1或序列3的cDNA分子或DNA分子。4.权利要求1所述蛋白质或权利要求2或3所述的生物材料在调控植物抗旱性中的应用。5.降低权利要求1所述蛋白质活性或含量的物质在提高植物抗旱性或培育抗旱植物中的应用；或，抑制权利要求2所述编码ZmAE1的核酸分子表达的物质在提高植物抗旱性或培育抗旱植物中的应用。6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于：所述物质为CRISPR/Cas9系统；所述CRISPR/Cas9系统包括如下1)或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑜，巩志忠，王亚琳，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：